索膜结构的非线性风振响应

索膜结构是一种新型大跨度空间结构形式,该类轻柔结构对风的作用十分敏感,风荷载往往是结构设计的控制荷载.文中运用有限元程序对一实际索膜结构进行了自振分析,然后用自编程序进行了结构风振响应的理论分析,分析中考虑了风向、风速、膜预张力等基本参数对结构响应的影响,发现索膜结构的自振频率随膜预张力的增加而明显增大,风速对结构风振响应也有较大影响.     

索膜结构考虑风与结构耦合作用的抖振响应

考虑风与膜结构的耦合作用,研究索膜结构在顺风向和垂直向风作用下的抖振响应规律及特性.采用时程分析法,在结构的运动微分方程中利用风与结构之间的相对速度来考虑风与膜结构的耦合作用,采用逐步积分法在每一时间步内求解方程,并用该方法得到索膜结构的抖振响应规律以及耦合作用对膜结构抖振的影响规律.研究表明:索膜结构的耦合作用抑制了结构的抖振响应,风与结构耦合作用的大小与结构的振动速度有关.     

伞形膜结构风压和风振模拟与分析

针对工程常见的八角伞形膜结构,基于ADINA软件开展结构表面风压和结构风振响应的数值模拟,分析结构风致位移响应、速度响应、加速度响应、等效应力等关键风效应,研究膜结构的矢跨比、风向角、膜初始预张力、膜帽处开敞与封闭情形等关键参数对表面风压和结构风振的影响规律,揭示了此类膜结构风振规律和结构风压系数.研究成果可为此类结构的抗风设计计算提供参考.     

张拉膜结构风振响应的数值风洞模拟

膜结构作为一种风敏感结构,其风致振动需考虑流固耦合效应.建立膜结构风振响应的数值模拟平台,该平台调用已有的结构计算模块ANSYS以及流场求解模块CFX,并开发了大位移边界下的动态网格更新以及流固耦合边界的自匹配功能,从而实现了膜结构风振响应的数值模拟计算.利用该平台对工程应用较为广泛的典型张拉膜结构进行了初步风致振动响应研究.数值模拟结果显示:张拉膜结构的风振是由结构多个模态的耦合叠加所组成,其风振响应体现了结构较强的几何非线性特征;来流的风速大小、风向角以及张拉膜的预张力、矢跨比等因素都会对结构的风振响应产生一定的影响.     

大跨度索穹顶结构风振响应的频域分析

建立了考虑和不考虑上覆膜影响的两个有限元分析模型,针对一工程实例,进行了结构的模态分析以及风振响应的频域分析,得到了结构的脉动风振位移响应根方差.结果表明:参振模态的适宜取值随跨度的增大而增大;对于跨度100m以上的类似索穹顶结构,建议所选的参振模态数不小于450;CSM体系索、立杆节点的动位移根方差小于CS体系;CSM体系中膜面的耗能作用不可忽略;在风荷载作用下,CSM体系的脉动风能大部分由膜面耗散;对于跨度较大的索穹顶结构,顶部索膜结构对整体结构的风振响应有明显的影响.     

大型体育场膜结构静力风荷载特性与响应分析

结合某大型体育场膜结构挑篷的风洞试验研究,对挑篷膜面的风荷载特性和典型膜面的静力风荷载响应进行了详尽的分析.试验结果分析表明,挑篷前缘膜面的负压风荷载数值最大,是膜面抗风设计的控制荷载.静力风荷载响应分析中考虑了膜面的初始预张力、抗风索、拱距以及拱的矢跨比对膜面抗风性能的影响,从中获得了对这类结构设计有益的结论.     

带弹性支撑的膜结构找形分析

针对一般的索膜结构找形时将与边界支撑相接处的索膜节点按固定节点来进行计算,没有考虑支撑结构在该节点的位移,使找形结果与实际有一定差异这一问题,在索膜结构的力密度法找形基础上,对找形过程中索膜结构与其边界支撑结构的相互作用问题进行了分析,并编制了相应的计算程序．最后通过2个算例证明了文中方法的可行性．     

张拉结构风致振动理论和试验研究

为了研究张拉结构风致振动机理和规律,采用风洞试验、流固耦合数值模拟方法(FSI)和频域方法对单片张拉膜结构、张拉膜结构屋盖和单层平面索网的风致振动响应进行了分析.利用风洞试验,研究了来流湍流度、风速、风向角、膜面张力等不同工况对结构测点位移和根方差的影响.采用数值模拟和频域方法,分析了典型风洞试验工况,并与试验结果进行对比,以验证理论分析方法的可靠性.结果表明:在紊流风作用下,单片索膜做随机受迫振动,振动以背景响应为主,FSI数值模拟、频域法与试验结果较为接近;膜结构屋盖在特征湍流作用下发生颤振,数值方法尚未模拟出这一现象;玻璃面板刚度可以有效降低单层索网风致振动响应.     

南宁国际会展中心穹顶网壳钢-索膜结构风载作用分析

综合运用ACCESS、C语言程序及ANSYS的APDL语言,对南宁会展中心穹顶旋转双曲面网壳钢一索膜结构进行建模,并分别按照规范取值和风洞试验值两种方式所得体形系数,计算各方向风载作用下该结构的静力反应,结果满足规范要求,说明结构安全可靠,为结构施工图设计提供计算依据．     

考虑流固耦合效应的鞍形索膜结构体表风压和风致响应

基于Menter SST湍流模式和非线性有限元理论,在任意拉格朗日一欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)描述下,构建了耦合方程迭代求解策略.针对鞍形索膜结构与柔性屋面、刚性屋面等的力学模型不同,在底裙封闭、底裙开敞等不同工况条件下,数值模拟和分析比较了结构体表风压分布和结构风致响应.计算结果表明,鞍形索膜结构为底裙封闭时,刚、柔性屋面工况的膜面风压分布存在明显差异;对于柔性鞍形索膜结构,底裙开敞工况的结构风致响应明显大于底裙封闭工况,相应的膜面风压分布、位移分布和有效应力分布均与底裙封闭工况差异明显.     

大跨度空间钢管桁架结构的风振响应和风振控制研究

为了获得大跨度空间钢管桁架结构在风荷载作用下的实时受力、变形情况和风振系数,本文采用自回归法编制计算程序,数值模拟具有空间相关性的大跨度空间钢管桁架结构的多点风速时程,根据由风速时程转化的作用于结构的风荷载时程对两个大跨度空间钢管桁架结构进行风振响应分析和风振系数的计算.结果表明,编制的计算程序可较好地模拟大跨度空间钢管桁架结构的空间点风速时程,计算所得风速时程的功率谱与目标功率谱吻合较好;采用粘滞阻尼器后结构节点位移及杆件应力振动幅值均有所降低,可有效地减小结构的风振响应;根据风振响应的计算结果给出了可供设计参考的结构风振系数.     

带TLD控制结构随机风振响应分析的复模态法

对带TLD的高层建筑风振响应问题进行了系统研究.建立运动方程,用第一振型将主体结构展开,针对非经典阻尼和非对称结构以及脉动风谱为非有理分式风谱的情况,运用复模态理论将所得方程进行解耦,获得了以第一振型表示的结构随机风振响应的解析解.该方法可用于带TLD结构的风振与抗风可靠度分析以及基于可靠度约束的抗风优化设计.     

某大跨网壳的风致响应影响参数分析

在设计大跨结构时,风荷载是被控制的主要因素。为探讨地面粗糙类别、基本风压、阻尼比和风向角对大跨结构风致响应的影响,以重庆某体育场大跨网壳屋盖为研究对象进行了数值模拟分析。计算结果表明:对于大跨结构,采用随机振动分析时需考虑高阶参与振型的影响,当地面粗糙类别由A类向D类变化时,风致响应会逐渐加强,随基本风压的增大,也会使得风致响应逐渐加强,随阻尼比的增大,风致响应会逐渐减弱,风向角的变化对风致响应影响较大。     

基于Ritz-POD法的格构式塔架结构风致振动分析

根据自立式塔架结构脉动风荷载的空间分布形式,实现了本征特征分解(proper orthogonal decomposition,POD)和基于荷载-里兹模态分析相结合的Ritz-POD算法求解Ritz振型,并结合谐波激励法(harmonic excitation method,HEM)和荷载-响应相关法(load response correlation method,LRC)实现了塔架结构风振响应和等效静力风荷载(equivalent static wind load,ESWL)的高效分析。计算结果表明:采用40阶基于荷载-里兹振型和100阶传统自由振动振型计算的节点风振响应和等效静力风荷载结果及变化规律一致且二者吻合度高,说明较少阶Ritz振型的计算精度是能够保障的。并且较少阶Ritz振型减少了谐波激励法与荷载-响应相关法的运算工作量,提高了风致振动分析的效率。另外,本文利用大型通用有限元软件SAP2000基于MATLAB系统的应用程序接口(API)开发环境,实现了塔架结构风致动力响应和等效静力风荷载的高效分析平台,可为其他大型复杂工程的风致振动分析提供参考。     

Software Practicalization for Analysis of Wind-Induced Vibrations of Large Span Roof Structures

Wind loads are key considerations in the structural design of large-span structures since wind loads can be more important than earthquake loads, especially for large flexible structures. The analysis of wind loads on large span roof structures (LSRS) requires large amounts of calculations. Due to the combined effects of horizontal and vertical winds, the wind-induced vibrations of LSRS are analyzed in this paper with the frequency domain method as the first application of method for the analysis of the wind response of LSRS. A program is developed to analyze the wind-induced vibrations due to a combination of wind vibration modes. The program, which predicts the wind vibration coefficient and the wind pressure acting on the LSRS, interfaces with other finite element software to facilitate analysis of wind loads in the design of LSRS. The effectiveness and accuracy of the frequency domain method have been verified by numerical analyses of practical projects.     

强风作用下大型双曲冷却塔风致振动参数分析

基于作者已提出的大型冷却塔风振计算方法(一致耦合法),结合风洞测压试验获得的表面气动力模式,分析了结构本身因素和外界干扰对强风作用下冷却塔结构风致振动的影响,对不同动力特性及阻尼比的冷却塔模型进行了风振响应背景、共振、耦合项及风振系数的精细化数值计算,对比并初步探索了周边干扰下大型冷却塔的风振机理.发现了特征尺寸、阻尼比和周边干扰对冷却塔风振响应的影响规律,为进一步理解冷却塔结构风致振动现象,避免不利共振的产生及采取相应的控制措施提供了有益的结果.     

粘滞流体阻尼器对电视塔的风振响应控制

以合肥电视塔为工程背景,探讨了粘滞流体阻尼器对高耸电视塔在强风作用下风振响应的振动控制.按照随机振动理论,仿真得到了作用在电视塔上的19维互相关的人造脉动风压时程样本曲线,并利用时程样本进行了电视塔的风振响应分析;建立了一种双模型的动力分析方法.对安置了粘滞流体阻尼器的合肥电视塔进行了控制分析;以上塔楼的风振响应为优化目标,对阻尼器的参数进行了优化设计.研究表明,电视塔的风振响应峰值超过了规范的容许值,设置了粘滞流体阻尼器后电视塔的风振响应均有明显的减小,阻尼器消耗了大量的结构能量,采用最优阻尼参数使上塔楼加速度峰值响应下降了43.4%.     

大跨度张拉结构风致动力响应研究进展

大跨度张拉结构的风致动力响应具有几何非线性明显和风与结构的耦合作用不可忽略等特点，对这一问题的研究具有较大的理论难度，一直是风工程领域关注的焦点。据此结合作者及其梯队近年来所做的工作，介绍了国内外在悬索和薄膜结构风振分析领域所进行的理论研究、实验分析和数值模拟方面的研究进展，并着重介绍了薄膜结构在考虑流固耦合作用下的气动弹性性能研究。     

基于SMA阻尼器的输电塔风振控制

 根据SMA 阻尼器的工作原理和输电塔的振动特性,提出应用SMA 阻尼器对输电塔风致振动进行控制。应用有限元软件建立输电塔和阻尼器的有限元模型,基于Matlab 软件,采用线性自回归滤波器法模拟随机脉动风荷载的时程样本;应用能量法计算所需阻尼器数量,根据阻尼器的工作原理和输电塔结构特点设计不同的阻尼器布置方案;对不同方案进行结构风致振动瞬态响应仿真,提取各方案控制点位移和加速度时间历程进行比较分析。模拟了多种风荷载,进一步对各方案的控制效果进行了对比分析。结果表明:SMA 阻尼器对输电塔风振控制效果较好;将阻尼器布置在塔头上,可有效控制塔顶位移,减振率在28%以上;在塔身上布置阻尼器,可有效控制塔顶加速度,减振率在66%以上。通过综合比较,选出了阻尼器的最佳布置方案。